Question

20．恒溫下，將a mol N₂與b mol H₂的混合氣體通入一個(gè)V升固定容積的密閉容器中，發(fā)生如下反應(yīng)：N₂ （g）+3H₂（g）═2NH₃（g）
（1）若反應(yīng)進(jìn)行到t分鐘時(shí)，n_t（N₂）=13mol，n_t（NH₃）=6mol，計(jì)算a=16，反應(yīng)速率V（H₂）=$\frac{9}{Vt}$ mol•L^-1•min^-1．
（2）下列描述中能表明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是③．
①混合氣體的壓強(qiáng)不變         ②混合氣體的密度不變      ③混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不變
④容器內(nèi)N₂，H₂，NH₃的濃度之比為1：3：2    ⑤單位時(shí)間內(nèi)生成n mol NH₃，同時(shí)生成N₂，H₂共2n mol
（3）反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，混合氣體的體積為716.8L（標(biāo)況下），其中NH₃的含量（體積分?jǐn)?shù)）為25%．計(jì)算平衡時(shí)NH₃的物質(zhì)的量n（NH₃）=8mol，N₂和H₂的轉(zhuǎn)化率之比，α（N₂）：α（H₂）=1：2．（寫最簡整數(shù)比）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)生成氨氣的物質(zhì)的量，利用物質(zhì)的量之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算參加反應(yīng)的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量，t時(shí)刻時(shí)氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量與參加反應(yīng)的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量之和為a的值；根據(jù)v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$計(jì)算出用氨氣表示的反應(yīng)速率，然后利用化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)計(jì)量數(shù)成正比計(jì)算出用氫氣表示的反應(yīng)速率；
（2）可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度、百分含量不再變化，據(jù)此進(jìn)行判斷；
（3）計(jì)算出混合氣體總的物質(zhì)的量，利用體積分?jǐn)?shù)計(jì)算氨氣的物質(zhì)的量；原混合氣體的物質(zhì)的量減去氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為氫氣的物質(zhì)的量，然后計(jì)算出達(dá)到平衡時(shí)N₂和H₂的轉(zhuǎn)化率，最后計(jì)算出N₂和H₂的轉(zhuǎn)化率之比．

解答 解：（1）反應(yīng)進(jìn)行到t時(shí)，測的N₂為13mol，NH₃為6mol，由方程式可知，參加反應(yīng)的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為：6mol×$\frac{1}{2}$=3mol，故氮?dú)獾钠鹗嘉镔|(zhì)的量為：13mol+3mol=16mol，即a=16；
n_t（NH₃）=6mol，則用氨氣表示的平均反應(yīng)速率為：v（NH₃）=$\frac{\frac{6mol}{VL}}{tmin}$=$\frac{6}{Vt}$mol•L^-1•min^-1，根據(jù)反應(yīng)速率與化學(xué)計(jì)量數(shù)成正比可知，v（H₂）=$\frac{3}{2}$v（NH₃）=$\frac{9}{Vt}$mol•L^-1•min^-1，
故答案為：16；$\frac{9}{Vt}$；
（2）①該反應(yīng)為氣體體積縮小的反應(yīng)，反應(yīng)過程中壓強(qiáng)發(fā)生變化，當(dāng)混合氣體的壓強(qiáng)不變時(shí)，表明正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到了平衡狀態(tài)，故①錯(cuò)誤；
②反應(yīng)前后氣體的體積和總質(zhì)量不變，則混合氣體的密度始終不變，不能根據(jù)密度判斷平衡狀態(tài)，故②錯(cuò)誤；
③該反應(yīng)氣體氣體的總質(zhì)量不變，氣體總物質(zhì)的量發(fā)生變化，則混合氣體的平均摩爾質(zhì)量發(fā)生變化，當(dāng)平均摩爾質(zhì)量不變時(shí)，表明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故③正確；
④容器內(nèi)N₂，H₂，NH₃的濃度之比為1：3：2，無法判斷各組分的濃度是否變化，則無法判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故④錯(cuò)誤；
⑤單位時(shí)間內(nèi)生成n mol NH₃，同時(shí)生成N₂，H₂共2n mol，無法判斷氮?dú)�、氫氣的物質(zhì)的量，則無法判斷平衡狀態(tài)，故⑤錯(cuò)誤；
故答案為：③；
（3）反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，混合氣體為：$\frac{716.8L}{22.4L/mol}$=32mol，其中NH₃的物質(zhì)的量為：32mol×25%=8mol；
利用差量法計(jì)算：
       N₂ （g）+3H₂（g）?2NH₃（g），物質(zhì)的量減少△n     
      1mol       3mol             2mol               2mol
轉(zhuǎn)化：4mol    12mol         8mol                8mol
故原混合氣體為：32mol+8mol=40mol，
由（1）知a=16mol，則b=40mol-16mol=24mol，
達(dá)到平衡時(shí)，N₂和H₂的轉(zhuǎn)化率之比α（N₂）：α（H₂）=$\frac{4mol}{16mol}$：$\frac{12mol}{24mol}$=1：2，
故答案為：1：2．

點(diǎn)評 本題考查了化學(xué)平衡的計(jì)算，題目難度中等，涉及轉(zhuǎn)化率、化學(xué)平衡狀態(tài)、化學(xué)反應(yīng)速率等知識，明確化學(xué)平衡及其影響為解答關(guān)鍵，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及化學(xué)計(jì)算能力．